PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

122
Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009 Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ CUPRINS 1.. INTRODUCERE ................................................................. ......................................... 5 1.1. Noţiuni generale despre multimetre ........................................................... .. 7 1.1.1. Multimetre…………………………………………………………….... 7 1.1.2. Măsurarea tensiunii continuue.............................................. ................... 7 1.1.3. Convertorul analog-numeric cu comparaţie…………….....………….....8 1.2. Măsurarea tensiunilor alternative ..................................................... ................... 20 1.3. Măsurarea rezistenţelor.................................................... ........................................ 21 1.4. Măsurarea curenţilor continui şi altenativi.................................................... 22 1.5. Multimetru digital……………………………………………………………....….. 23 2.. UTILIZAREA AMPLIFICATOARELOR OPERAŢIONALE ÎN REALIZAREA MULTIMETRELOR..................................... .................................. 24 1

Transcript of PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Page 1: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

CUPRINS

1. INTRODUCERE .......................................................................................................... 2

1.1. Noţiuni generale despre multimetre ............................................................. 3

1.1.1. Multimetre…………………………………………………………….... 3

1.1.2. Măsurarea tensiunii continuue................................................................. 4

1.1.3. Convertorul analog-numeric cu comparaţie…………….....………….....4

1.2. Măsurarea tensiunilor alternative ........................................................................ 13

1.3. Măsurarea rezistenţelor............................................................................................ 13

1.4. Măsurarea curenţilor continui şi altenativi.................................................... 14

1.5. Multimetru digital……………………………………………………………....….. 14

2. UTILIZAREA AMPLIFICATOARELOR OPERAŢIONALE ÎN

REALIZAREA MULTIMETRELOR....................................................................... 16

2.1. Noţiuni generale despre amplificatoare operaţionale.................................. 16

2.2. Simbolul şi terminalele unui amplificator operaţional…………….…….. 17

2.3. Modelul de circuit..................................................................................................... 18

2.4. Conceptul de amplificator operaţional şi consecinţele acestui concept...

………………….…………...…… 20

2.5. Aplicaţii ale amplificatoarelor operaţionale……………………......….......... 22

2.5.1. Conceptul general de reacţie....................................................................23

2.5.2. Configuraţii de bază realizate cu AO...................................................... 26

2.6. Circuite de sumare .................................................................................................... 32

2.7. Cirucite de scădere.................................................................................................... 37

3. MULTIMETRU NUMERIC REALIZAT CU CI C520…............................. 43

3.1 Schema bloc.................................................................................................................. 43

3.2 Interfaţa analogică pentru voltmetru............................................................. 47

3.3 Interfaţa analogică pentru ohmetru................................................................ 48

3.4 Interfaţa analogică Ud pentru determinarea căderii de tensiune în sens direct pe diode

semiconductoare (şi diode Zener de până la 9,1 V)............ 48

3.5 Interfaţa analogică pentru măsurarea temperaturii….…………………... 49

1

Page 2: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

4.PROIECTAREA BLOCURILOR COMPONENETE..................................... 51

4.1 Interfaţa analogică de voltmetru........................................................................... 51

4.2 Interfaţa analogică pentru ohmetru...................................................................... 53

4.3 Interfaţa analogică pentru măsurarea diodelor................................................ 54

4.4 Interfaţa analogică pentru măsurarea temperaturii........................................ 56

4.5 Circuitul de alimentare............................................................................................. 59

4.6 Redresorul cu filtre capacitive pentru stabilizare.......................................... 60

5. PROIECTAREA SISTEMULUI DIGITAL....................................................... 65

5.1 Proiectarea intrării analogice în sistemul digital........................................... 68

5.2 Proiectarea interfeței afișajului cu 7 segmente............................................... 71

5.3 Generarea firmware-ului.......................................................................................... 74

5.3.1 Funcţia Main................................................................................................ 74

5.3.2 Citirea valorii analogice............................................................................. 74

5.3.3 Convertirea valorii tensiunii citite în cifre.................................................... 75

5.3.4 Afișarea valorii tensiuni pe afișajul cu 7 segmente..................................... 75

5.3.5 Funcţiile de afişare a cifrelor........................................................................ 78

6. ANEXE............................................................................................................................. 79

7. BIBLIOGRAFIE................................................................................................................... 92

1. INTRODUCERE

2

Page 3: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Multimetrele digitale sunt aparate care cuprind în structura lor mai multe aparate de

măsură cum ar fi voltmetrele de curent continuu şi curent alternativ,ohmetre şi ampermetre de

curent continuu şi curent alternativ.

Procesul de măsură constă în compararea a două mărimi fizice. Una din ele este mărimea

de măsurat, iar cea de-a doua este mărimea etalon, adică unitatea de măsură.

Măsurile electrice au atins în prezent o largă dezvoltare, având o utilizare directă nu

numai în industria electrotehnică şi electroenergetică, dar şi în procesele de productie din toate

ramurile industriale, ca verigă importantă în controlul şi comanda automată a acestor procese,

cum şi în lucrările de cercetare apartinând unor variate domenii ale ştiinţei şi tehnicii.

Lucrarea de faţă îşi propune să prezinte un multimetru digital cu toate componenetele

care alcătuiesc acest aparat de măsură, realizat cu CI specialzat C520D.

Lucrarea s-a finalizat ca un modul de laborator pe care se pot studia blocurile unui

multimetru digital :

Interfaţă analogică pentru voltmetru;

Interfaţă analogică pentru ohmetru;

Interfaţă analogică pentru măsurarea diodelor;

Interfaţă analogică pentru măsurarea temperaturii.

1.1 Noţiuni generale despre multimetre

1.1.1 Multimetre

Multimetrele se caracterizează prin posibilitatea măsurării cu acelaşi aparat, a mai multor

mărimi. Acestea sunt în majoritatea cazurilor, tensiunile şi curenţii continui şi alternativi, precum

3

Page 4: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

şi rezistenţele. Unele multimetre permit de asemenea, măsurarea capacităţilor, a frecvenţelor, a

perioadelor şi a timpului.

Avantajul acestor multimetre constă în faptul că sunt mai economice şi mai versatile,

concentrând funcţiile a patru aparate diferite. Ca şi celelate aparate de măsurat, multimetrele sunt

de două tipuri :

Analogice;

Numerice

1.1.2 Măsurarea tensiunii continuue

Măsurarea tensiunii continuue se face utilizând aceleaşi principii ca şi la voltmetrele de

curent continuu.

Cele mai simple multimetre analogice, folosesc un instrument magnetoelectric asociat cu

diferite rezistenţe în serie, pentru a avea diferite domenii de sensibilitatea. Prin socierea acestui

instrument cu un amplificator de curent continuu, se obţin multimetre cu performanţe mai bune

din punct de vedere a rezistenţei de intrare şi a sensibilităţii.

Multimetrele numerice utilizează atât conversia tensiune-timp cât şi tehnica aproximării

(succesive sau în trepte) a tensiunii necunoscute.

Convertoarele analog numerice utilizate în realizarea multimetrelor numerice pot fi:

Convertoare cu comparaţie;

Convertoare cu integrare.

Din prima categorie fac parte cele cu tensiune de referinţă variabilă în trepte (în diferite

variante) şi cele cu tensiune de referinţă liniar variabilă în timp.

Din cea de-a doua categorie fac parte convertorul cu dublă pantă şi convertorul tensiune-

frecvenţă, fiecare având diferite variante.

1.1.3 Convertorul analog-numeric cu comparaţie

Principiul funcţionării convertoarelor de acest tip constă în compararea tensiunii de

măsurat cu o tensiune de referinţă, generată de convertor. Se urmăreşte egalitatea celor două

4

Page 5: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

tensiunii, evaluarea numerică fie a tensiunii de referinţa (dacă aceasta variază în trepte), fie a

intervalului de timp necesar realizării egalităţii (dacă tensiunea de referinţă variază liniar în

timp). Există deci următoarele tipri de convertoare:

Convertoare cu tensiune liniar crescătoare

Funcţionarea sa se bazează pe transformarea tensiunii continue de măsurat într-un

interval de timp, mai exact într-un impuls de durată propoţională cu această tensiune. Problema

revine deci la aceea a măsurării unui interval de timp; acesta se efectuează prin numărarea

perioadelor unui semnal de frecvenţă etalon, care au loc între începutul şi sfârşitul impulsului.

Funcţionarea acestui convertor se poate urmări pe schema bloc din fig.1.1.

Fig.1.1

Convertorul cu tensiune crescătoare în trepte

Convertorul cu tensiune crescătoare în trepte este reprezentat în schema bloc din fig.1.2.

Ca şi la convertorul cu tensiune liniar crescătoare, funcţionarea sa se bazează pe compararea

5

Page 6: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

tensiunii necunoscute cu o tensiune de referinţă variabilă, care de data aceasta creşte în trepte

până la egalarea celor două valori.

Fig.1.2

Convertorul cu aproximaţii succesive

Se caracterizează printr-o precizie ridicată. În principiu fig.1.3, se compune dintr-un

comparator, la intrarea căruia se aplică tensiunea analogică de măsurat, precum şi o tensiune de

referinţă, variabilă, care se obţine la ieşirea unui convertor numeric-analog. Această tensiune este

comandată de către un bloc logic de control care sesizează indicaţiile comparatorului şi

urmăreşte egalizarea celor două tensiuni de la intrarea comparatorului. Această egalizare se face

prin aproximaţii succesive, adică prin varierea în trepte a tensiunii de referinţă, începând cu

rangul cel mai semnificativ al convertorului numeric-analogic şi continuând cu rangurile imediat

inferioare.

6

Page 7: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.1.3

Convertorul analog-numeric cu integrare

Principiul de bază al convertoarelor din această categorie, constă în a integra tensiunea

analogică de intrare pe un anumit interval de timp şi de a transforma valoarea medie astfel

obţinută într-o mărime numerică. Un prim avantaj care rezultă este faptul că, luându-se media

semnalului de intrare, tensiunile de zgomot suprapuse acestuia sunt atenuate, iar în unele cazuri

complet eliminate.

Convertorul cu integrare cu dublă pantă

Funcţionarea sa se poate urmări pe schema bloc din fig.1.4, iar variaţia în timp a

diferitelor tensiuni în fig.1.5.

7

Page 8: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig .1.4

Fig.1.5

Iniţial, întreruptorul S1 este închis, iar S2 este deschis. Tensiunea de intrare Ux este

integrată într-un interval fix de timp, t1. Evident, panta creşterii tensiunii de ieşire a

amplificatorului şi deci nivelul la care aceasta ajunge la sfârşitul intervalului t1 depinde de Ux. În

acest interval de timp, numărătorul numără impulsurile oscilatorului, care trec prin poarta P care

a fost deschisă de semnalul de la ieşirea comparatorului, de îndată ce tensiunea de la ieşirea

integratului a depăşit potenţialul masei.

Când toate celulele numărătorului ajung pe valoarea 1, acesta marchează sfârşitul

timpului t1. Impulsul următor care soseşte de la oscilator pune toate celule pe zero, iar bistabilul

B1 trece în starea 1 ; acesta comandă deschiderea lui S1 şi inchiderea lui S2. Din acest moment, la

intrarea integratorului se aplică o tensiune de referinţă de polaritate inversă, -Uref , ceea ce face ca

tensiunea de la ieşirea integratorului să se descarce liniar spre zero.

8

Page 9: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

În intervalul de timp, impulsurile de tact ale oscilatorului sunt numărate, trecând prin

circuitul poartă. Această poartă este închisă atunci când tensiunea la ieşirea integratorului devine

zero, ceea ce determină schimbarea stării la ieşirea comparatorului. Impulsurile numărate sunt

proporţionale cu timpul tx , care la rândul său depinde de nivelul de la care a pornit integrarea

inversă, nivel care depinde de Ux.

Convertorul tensiune-frecvenţă

Întrucât frecvenţa este o mărime uşor măsurabilă numeric, s-au căutat soluţii pentru

convertirea tensiunii analogice într-un semnal de frecvenţă proporţională cu aceasta.

O posibiliate în acest sens o oferă schema din fig.1.6 a) care se bazează tot pe încercarea

liniară a unui condensator.

Tensiunea de la intrare Ux este transformată într-un curent constant care este integrat de

circuitul integrator format de amplificatorul operaţional şi elementele R şi C (fig.1.6 b)).

9

Page 10: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.1.6 a)

Fig.1.6 b)

Convertorul tensiune-frecvenţă şi dublă pantă

Combină tehnica conversiei tensiune-frecvenţă cu aceea a integrării cu dublă pantă în

scopul creşterii vitezei de măsurare. Funcţionarea sa se poatea urmării pe schema bloc din

fig.1.7.

10

Page 11: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.1.7

În primele Ts (de obicei ) aparatul efectuează o conversie obişnuită tensiune-

frecvenţă. Semnalul de frecvenţă proportională cu Ux trece prin circuitul poartă P1 spre decadele

numărătorului.

Sfârşitul timpului T găseşte condensatorul integratorului încărcat la o anumită valoare

intermediară între 0 şi Uref , în funcţie de raportul dintre timpul T şi perioada semnalului generat

de convertor. Începe al doilea timp al măsurării caracterizat prin conversia dublă pantă.

Comutatoarele K1 şi K2 trec pe poziţia a doua, ceea ce aplică integratorului o tensiune de

referinţă Uref2 de semn contrar lui Ux ceea ce descarcă condensatorul C la zero. În acest timp prin

11

Page 12: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

poarta P2 trec impulsurile oscilatorului O2 de frecvenţă stabilă, care sunt numărate şi completează

ultimile două decade ale numărătorului.

Când comparatorul C2 detectează nivelul zero la ieşirea intergratorului, poarta P2 se

închide şi măsurarea este terminată.

Convertorul tensiune-frecvenţă şi comparare

Combină tehnica comparării care are avantajul unei precizii ridicate cu aceea a conversiei

tensiune-frecvenţă care duce la o bună rejecţie a zgomotului.

Tensiunea de măsurat Ux este aplicată într-o primă poziţie (poziţia 1 a comutatorului K)

unui convertor tensiune-frecvenţă cu integrator (fig.1.8).

Fig.1.8

Impulsurile de la ieşirea acestuia sunt aplicate într-un interval de timp fix, comandat de

baza de timp unui numărător cu şase ranguri, care îşi completează astfel primele patru ranguri.

Acesta asigură o precizie de 0,3%, precizie care va fi îmbunătăţită în etapa a doua a măsurării

(comutatorul K pe poziţia 2). În această etapă, ieşirea numărătorului este aplicată unui convertor

12

Page 13: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

numeric-analogic a cărui ieşire este deci egală cu tensiunea necunoscută, în limitele erorii cu care

s-a efectuat prima măsurare. Cele două tensiunuii sunt comparate de către un etaj care furnizează

la ieşire diferenţa dintre ele. Această diferenţă (±ε), este din nou aplicată convertorului tensiune-

frecvenţă, iar impulsurile de la ieşirea sa serevsc la completarea rangurilor cinci şi şase ale

numărătorului, precum şi la corectarea rangului patru dacă este cazul. Acest număr este afişat şi

constituie indicaţia aparatului.

Erorile de măsurat se datorează convertorului tensiune-frecvenţă, bazei de timp şi

convertorului numeric-analogic. Precizia se înbunătăţeşte în etapa a doua faţt de etapa întâi,

ajungând la 0,002%.

1.2 Măsurarea tensiunilor alternative

Măsurarea tensiunilor alternative se face transformând mai întâi tensiunea alternativă într-

o tensiune continuă, care se măsoară apoi printr-una din metodele descrise. Întrucât valoarea

efectivă a tensiunii alternative este cea care interesează, ar fi de dorit ca metoda de conversie

curent alternativ/curent continuu, să permită obţinerea directă a acestei valori (termocuplu sau

circuit cu caracteristică pătratică). Totuşi, datorită faptului că aceste tipuri de conversii sunt mai

scumpe, în multimetre se utilizează cu precădere detecţia de valori medii sau de vârf, ţinând

seama pentru etalonarea de scale, de valori efective, de proporţionalitatea care există în regim

sinusoidal între aceste mărimi.

În ceea ce priveşte domeniul de frecvenţe, multimetrele nu pot funcţiona la frecvenţe tot

atât de înalte ca şi voltmetrele specializate de acelaşi tip, datorită faptului că firele de conexiune

interne ale aparatului sunt mai lungi şi prezintă capacităţi parazite mai mari faţă de masă.

1.3 Măsurarea rezistenţelor

Măsurarea rezistenţelor se face în multimetre pe baza releţiei ce leagă tensiunea de

bornele rezistenţei de curentul de rezistenţă. Există deci, din acest punct de vedere, două variante

posibile: fie e aplică rezistenţei o tensiune cunoscută şi se măsoară curentul ce rezultă, fie i se

13

Page 14: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

aplică un curent cunoscut şi se măsoară tensiunea ce rezultă. În ambele cazuri, scala aparatului se

poate etalona în ohmi.

În ceea ce priveşte precizia de măsurare, se deosebesc două metode: cu două şi cu patru

borne.

Multimetrele mai puţin pretenţioase utilizează aceleaşi borne, atât pentru curent cât şi

pentru tensiune. În consecinţă, măsurarea tensiunii va fi afectată de căderile de tensiune pe firele

de legătură, ceea ce va duce la erori, în special în cazul măsurării rezistenţelor mici. La acest tip

de multimetre, erorile variază între 0,3% şi 10%.

Multimetrele mai perfecţionate utilizează tehnica celor patru borne. Precizia măsurării în

acest caz este cuprinsă între 0,01% şi 1%.

Multimetrele pot măsura rezistenţe cuprinse între câţiva ohmi şi câteva sute de

megaohmi.

1.4 Măsurarea curenţilor continui şi altenativi

În multimetrele simple, de tip analogic, măsurarea curentului continuu se face cu ajutorul

aparatului magnetoelectric, asociat cu diferite şunturi.

O alta posibilitate utilizată în special în multimetrele numerice, constă în a trece curentul

prin o rezistenţă etalon şi măsurarea căderii de tensiune continuă ce rezultă.

Domeniul uzual de valori se încadrează între 200 µA şi 2 A.

Măsurarea curenţilor alternativi este mai difică, din cauza necesităţii care apare de a lucra

fără punct de masă, prin introducerea rezistenţei etalon în serie în circuit. Dacă în curent

continuu lucrul acesta era mai uşor de realizat, în curent alternativ apar dificultăţii din cauza

circuitelor de detecţie. De aceea, multimetrele simple nu au posibilitatea măsurării curentului

alternativ.

1.5 Multimetru digital

Multimetrul digital este construit în jurul unui voltmetru digital de curent continuu

(DVM-digital volt meter ).

14

Page 15: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Schema bloc se prezintă în fig. 1.9:

Fig.1.9

Semnificaţia notaţiilor din figură este:

At – atenuator (alege gama de măsurare);

Ar – funcţia de "AUTO-RANGE";

Amplificator – amplificator de curent continuu cu autocalibrare AG (AUTO-GAIN);

ADC – convertor analog numeric cu dublă integrarea;

Valorile rezultate ale conversiei N sunt validate de EC si se încarcă în memorie (LD).

Din memorie: pentru afişarea tensiunii este nevoie de un decodificator DCD+afişaj ceea

ce reprezintă interfaţarea standard cu sistemele de măsură.

Când comanda DVM este un microcontroller, aparatul este programabil.

15

Page 16: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

2. UTILIZAREA AMPLIFICATOARELOR OPERAŢIONALE ÎN

REALIZAREA MULTIMETRELOR

2.1 Noţiuni generale despre amplificatoare operaţionale

Amplificatorul operaţional (AO) este un amplificator electronic de curent continuu, cu

câştig mare, realizat sub formă de circuit integrat (CI), cre amplifică diferenţa tensiunilor aplicate

pe cele două intrări şi este capabil să realizeze o gamă largă de funcţii liniare, neliniare şi de

procesare de semnal.

Majoritatea amplificatoarelor operaţionale se alimenteză de la o sursă dublă de tensiune,

cu polarităţi opuse, valorile uzuale fiind de +15V şi -15V. O sursă dublă se obţine prin legarea în

serie a două surse simple S1 şi S2 (fig.2.1).

Fig.2.1 Ilustrarea modului de conectare a susrsei duble

de tensiune cu care se alimentează AO

Plusul sursei S1 devine plusul alimentării duble şi se conectează la pinul corespunzător

alimentării pozitive a amplificatorului operaţional (notat cu V+ în catalog, litera V provenind de

la cuvântul voltage - tensiune). Minusul sursei S2 devine minusul alimentării duble şi se

16

Page 17: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

conectează la pinul corespunzător alimentării negative a amplificatorului operaţional (notat cu V-

în catalog). Punctul de înseriere devine referinţă de potenţial (masa montajului) şi nu este

conectat de obicei la amplificatorul operaţional propriu-zis, dar se conectează obligatoriu la

montajul realizat cu amplificator operaţional. Toate semnalele de intrare în circuitul realizat cu

amplificator operaţional au punctele de masă conectate la această referinţă de potenţial. La

ieşirea montajului, rezistenţa de sarcină se conectează între pinul de ieşire al amplificatorului

operaţional şi aceeaşi referinţă de potenţial.

Tensiunile de saturaţie reprezintă valorile maxime, pozitive sau negative ale tensiunilor

de ieşire. Tensiunile de saturaţie depind de valoarea tensiunilor de alimenatre şi au, în general,

valoarea cu aproximativ 2V mai mică decât tensiunile de alimentare.

2.2 Simbolul şi terminalele unui amplificator operaţional

Un amplificator operaţional trebuie să aibă cel puţin cinci terminale (pini), dintre care trei

de semnal si doua terminale de alimentare(fig.2.2). Unele amplificatoare operaţionale mai sunt

prevăzute cu încă două borne pentru anularea tensiunii de decalaj (offset) şi cu una sau două

borne pentru compensarea în frecvenţă.

Fig.2.2 Simbolul şi terminalele amplificatorului operaţional

17

Page 18: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Uzual, pentru desenarea simplificată a circuitelor cu amplificator operaţional, conexiunile

surselor de alimentare nu se trec în scheme. Totuşi, trebuie să se reţină că, totdeauna, pentru ca

circuitele să lucreze, sursele de alimentare trebuie să fie conectate la montaj.

Terminalele de intrare sunt cele din stânga figurii şi au denumirea de intrare inversoare şi

intrare neinversoare.

Intrarea inversoare este notată cu semnul "-" iar cea neinversoare cu semnul "+". Aceste

semne nu au nici o legătură cu polaritatea tensiunilor individuale, u+ şi u-, care se pot aplica pe

aceste terminale, deoarece ambele semnale pot fi, în raport cu masa, atât pozitive cât şi negative.

Aceste semne au în schimb legătură cu relaţia de fază dintre semnalele de intrare şi cel de ieşire.

Astfel, dacă intrarea neinversoare se leagă la masă, iar pe intrarea inversoare se aplică un semnal

cu variaţie crescătoare, la ieşire se obţine un semnal cu variaţie descrescătoare.

Din acest motiv intrarea "-" se numeşte inversoare. Similar, dacă intrarea neinversoare

este conectată la masă şi se aplică un semnal cu variaţie crescătoare pe intrarea neinversoare, la

ieşire se obţine un semnal tot cu variţie crescătoare. Din această cauză intrarea "+" se numeşte

neinversoare.

Aşa cum se vede mai departe, aceste semne au legătură cu semnul câstigului în tensiune.

Terminalalul de ieşire este cel din dreapta figurii 2.2.

2.3 Modelul de circuit

Deoarece amplificatorul operaţional este un circuit complex care conţine zeci de

componente (tranzistoare, rezistoare), pentru a se putea studia montajele realizate cu

amplificatorul operaţional se înlocuieşte cu un circuit echivalent, pe care se pot aplica uşor

teoremele lui Kirchhoff.

Acest circuit care, văzut din exterior, se comportă ca şi un amplificator operaţional pe

care îl înlocuieşte, se numeşte model de circuit.

Modelul de circuit cel mai apropiat pentru un amplificator operaţional este cel de

amplificator de tensiune (fig.2.3). Conform acestui model, circuitul conectat la bornele de intrare

ale amplificatorului operaţional "vede" o rezistenţă, notată r, şi numită rezistenţă de intrare.

18

Page 19: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig. 2.3 Modelul de circuit al amplificatorului

operaţional

La borna de ieşire, amplificatorul operaţional se face "cunoscut" circuitului care urmează

prin sursa de tensiune controlată în tensiune, notată cu aud şi rezistenţa internă a acesteia, r0,

numită rezistenţă de ieşire a amplificatorului operaţional.

Tensiunile evidenţiate pe modelul din fig.2.3 şi care sunt identice cu cele de la intrarea

amplificatorului operaţional au următoarele semnificaţii:

u+ – tensiunea individuală aplicată la intrarea neinversoare;

u- – tensiunea individuală aplicată la intrarea inversoare;

ud – tensiunea diferenţială de intrare, care reprezintă, prin definiţie, diferenţa

dintre semnalul aplicat pe intrarea neinversoare şi cel aplicat pe intrarea

inversoare:

2.1

u0 – tensiunea de ieşire, măsurată în raport cu potenţialul masei.

19

Page 20: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Acţiunea complexă a amplificatorului operaţional rezultă din amplificarea tensiunii de

intrare diferenţiale cu un factor de amplificare foarte mare, notat cu a pe modelul de circuit din

figura 2.3. Relaţia tensiunii de ieţire în raport cu masa, este :

2.2

Amplificarea a este o amplificare în buclă deschisă şi se numeşte astfel deoarece nu s-a

conectat nici o componentă de circuit între ieşirea amplificatorului operaţional şi vreuna dintre

intrări. Ea este o amplificare utilă, numită amplificare diferenţială.

2.4 Conceptul de amplificator operaţional şi consecinţele acestui concept

Deşi amplificatorul operaţional nu există, cele reale sunt destul de apropiate de acest

concept. Pentru o aplicaţie dată, proiectantul de cirucit trebuie să selecţioneze acel amplificator

operaţional ale cărui imperfecţiuni (abateri de la idealitate) nu degradează semnificativ

performanţele ce s-ar putea obţine cu un amplificator operaţional ideal. Este de dorit ca

amplificatorul operaţional folosit într-o anumită aplicaţie să fie cât mai aproape de amplificatorul

operaţional ideal.

Se presupune că amplificatorul operaţional se caracterizează prin :

impedanţă de intrare, vazută între cele doua intrări, infinită, ;

impedanţăde ieşire, vazută între terminalul de ieşire şi masă, nulă, , deci nu

apare nici o rezistenţă în serie cu sursa dependentă de tensiune.

Un model de circuit al amplificatorului operaţional ideal este prezentat în următoarea

figură:

20

Page 21: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.2.4 Modelul de circuit al amplificatorului

operaţional ideal

Concepul de amplificator operaţional ideal are următoarele consecinţe, prezentate în

ordinea presupunerilor de idealitate :

impedanţa de intrare infinită înseamnă că prin niciunul din terminalele de intrare

nu circulă curent. Atunci când la intrările amplificatorului operaţional se

conctează un anumit circuit, la aplicarea teoremelor lui Kirchhoff curenţii prin

cele două ieşiri se consideră egali cu zero ;

preuspunerea că impedanţa de ieşire este zero, implică faptul că tensiunea de

ieşire nu se modifică la conectarea unei sarcini faţă de situţia fără sarcină. Deci

amplificatorul operaţional furnizează aceeaşi tensiune de ieşire, indiferent de

curentul de sarcină ;

consecinţa celei de a treia preuspuneri este ce mai importantă. Din releţia

următoare rezultă că tensiunea de intrare diferenţială se poate scrie:

2.3

Dacă circuitul lucrează liniar (adică tensiunea de ieşire este mai mică decât cea de

saturaţie) şi este stabil (dacă circuitul nu oscileză), atunci u0 va avea o valoare finită şi dacă

va rezulta că :

21

Page 22: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

2.4

adică tensiunea diferenţială ud se apropie de zero. Se poate deci scrie:

2.5

sau

2.6

Concluzia foarte importantă care se desprinde din relaţia constă în aceea că

amplificatorul operaţional lucrează astfel încât, tensiunile individuale de la cele două intrări sunt

forţate să fie egale.

Valorile tipice pentru o funcţionare liniară a unui amplificator operaţional, de

exemplu,sunt: a=105 şi Ud=20µV, valori pentru care rezultă u0=a·Ud=2V, o valoare rezonabilă şi

mai mică decât tensiunea de saturaţie. Astfel, la un amplificator operaţional real, tensiunea

diferenţială ud nu este niciodată zero, iar amplificarea a nu este niciodată infinită, dar cele două

presupuneri şi sunt utile pentru analiza circuitelor realizate cu amplificator

operaţional.

Chiar daca presupunerea că tensiunea diferenţială de intrare este zero conduce la ideea că

pe cele două intrări ale amplificatorului operaţional se aplica tensiuni de valori egale, nu este

voie niciodată, ca într-un circuit realizat cu amplificator operaţional, să se unească cele două

intrări.

2.5 Aplicaţii ale amplificatoarelor operaţionale

Aplicaţiile amplificatoarelor operaţionale reprezintă circuite de amplificare cu reacţie

negativă.

22

Page 23: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

2.5.1 Conceptul general de reacţie

În realizarea amplificatoarelor, reacţia negativă se utilizează deoarece, prin aplicarea sa,

rezultă câteva consecinţe favorabile importante şi anume:

Reacţia negativă stabilizează câştigul amplificatorului faţă de modificările

parametrilor dispozitivelor active determinate de variaţiile surselor de alimentare,

de variaţiile de temperatură şi de efectele de îmbătrânire;

Reacţia negativă permite proiectantului să modifice impedanţele de intrare şi de

ieşire ale circuitului aşa cum doreşte;

Datorită reacţiei negative se reduc distorsiunile formei de undă produse de

amplificatorul fără reacţie;

Reacţia negativă determină creşterea benzii de frecvenţă a amplificatorului.

La aceste avantaje se asociază si două dezavantaje:

Câştigul circuitului se reduce aproape direct proporţional cu mărimea avantajelor

ce se obţin;

Poate să apară tendinţa de oscilaţie a circuitului dacă montajul nu este realizat cu

atenţie.

Fie configuraţia idealizată de reacţie negativă din fig.2.5. În această figură, S1 şi S2 sunt

semnalele de intrare, respectiv ieşire, care pot fi tensiuni sau curenţi. Reţeaua de reacţie, care în

mod obişnuit este liniară şi pasivă, are o funţie de transfer notată cu b; ea trimite înapoi spre

intrare un semnal Sb. La intrare se face diferenţa între semnalul de intrare Si şi cel de reacţie Sb.

Fig.2.5 Configuraţia idealizată de reacţie negativă

23

Page 24: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Semnalul de eroare, Se, dat de diferenţa între semnalele Si şi Sb este trimis către

amplificatorul de bază care are funcţia de transfer a.

În practică, amplificatoarele ce reacţie negativă fac diferenţa între semnalele Si şi Sb

(există un nod de intrare în care cele două semnale se scad).

Din figura 2.5 rezultă:

2.7

presupunând că reţeaua de reacţie nu încarcă ampălificatorul de bază.

De asemenea

2.8

2.9

Înlocuind în se obţine:

2.10

2.11

Sau:

Ecuaţia de mai sus este ecuaţia fundamentală a circuitelor cu recţie negativă, A fiind

amplificarea în buclă închisă a circuitului.

Considerând amplificatorul operaţional ideal, relaţia.. se scrie la limită:

2.1224

Page 25: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Aceasta relaţie arată că pentru valori mari ale amplificării în buclă deschisă, câştigul

global al amplificatorului este determinat de funcţia de transfer a circuitului de reacţie. Deoarece

reţeaua de reacţie este în mod uzual formată din elemente stabile, pasive, valoarea lui b este bine

definită, în consecinţă este bine definită şi valoarea amplificării globale.

Câştigul pe buclă, T, este mărimea definită astfel:

T = ab 2.13

Ţinând cont de această mărime apare relaţia :

2.14

Pentru valori mari ale câştigului pe buclă T, câştigul global al amplificatorului este

determinat de funcţia de transfer a circuitului de reacţie.

Bucla de reacţie operează astfel încât forţează semnalul Sb să fie aproape egal cu semnalul

Si. Această situaţie se obţine amplificând diferenţa , bucla de reacţie făcând apoi

semnalul de eroare să fie minim. Se obţine:

2.15

care se rescrie:

2.16

Pe măsură ce câţtigul pe buclă devine mult mai mare ca unitate, Se devine mult mai mic

decât Si. În plus se poate arăta că:

25

Page 26: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

2.17

sau

2.18

Deci, dacă , atunci Sb este aproximativ egal cu Si. Aceasta înseamnă că semnalul de

reacţie este practic o replică a semnalului de intrare.

Rezultă că în cazul în care semnalul S0 este o replică a semnalului Si ceea ce

constiutuie de fapt scopul unui amplificator cu recţie.

2.5.2 Configuraţii de bază realizate cu AO

Cele mai importante configuraţii realizate cu amplificatoare operaţionale de a căror

cunoaştere depinde înţelegerea funcţionării tuturor celorlalte circuite construite cu amplificator operaţional,

sunt:

configuraţia inversoare, numită si amplificator inversor;

configuraţia neinversoare, numită si amplificator neinversor.

Configuraţia inversoare

Amplificatorul inversor reprezintă una dintre configuraţiile utilizate cel mai des şi are

structura din figura 2.5.1

26

Page 27: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig. 2.5.1 Structura configuraţiei inversoare, realizată

cu amplificator operaţional

În montajele practice, în serie cu intrarea neinversoare se conectează un rezistor care are

rolul să reducă influenţa curenţilor de polarizare a intrărilor amplificatorului operaţional.

Circuitul este în buclă închisă, deoarece între borna de ieşire şi cea corespunzătoare

intrării ineversoare s-a conectat rezistorul R2.

Presupunând funcţionarea liniară şi stabilă, tensiunea de intrare diferenţială este forţată să fie

egală cu zero şi astfel . Dar intrarea neinversoare este conectată la masă, deci ,

astfel că şi intrarea inversoare va avea tot potenţialul zero al masei. Se spune că în cazul

amplificatorului inversor, intrarea inversoare este punctul virtual de masă. S-a folosit atributul

"virtual" deoarece în realitate intrarea inversoare nu este legată direct la masă ci are doar

potenţialul masei.

Faptul că intrarea inversoare are potenţialul egal cu cel al masei, conduce la concluzia că

tensiunea de intrare se regăseşte integral la bornele rezistorului R1. Astfel curentul de intrare, ii,

se poate determina cu ajutorul legii lui Ohm şi este :

2.19

27

Page 28: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Aplicând presupunerea că prin terminalele de intrare ale amplificatorului operaţional nu

circulă curent, rezultă că în nodul corespunzător intrării inversoare nu are loc divizarea

curentului şi că rezistorul de reacţie R2 va circula acelaşi curent ii. Căderea de tensiune de la

bornele rezistorului R2 va fi :

2.20

Deoarece intrarea inversoare este punctul virtual de masă, tensiunea de ieşire este egală

cu căderea de tensiune de pe rezistorul R2, dar are sensul opus tensiunii de reacţie şi se poate

scrie:

2.21

Amplificarea în buclă închisă a circuitului se notează cu A şi reprezintă raportul dintre

tensiunea de ieşire şi cea de intrare:

2.22

Din relaţia de mai sus se observă că amplificarea în buclă închisă depinde de raportul a

două rezistenţe şi este independentă de valoarea amplificării în buclă închisă, care poate varia de

la un amplificator la alt amplificator operaţional, chiar dacă amplificatoarele operaţionale sunt de

acelaşi tip.

Dacă se selecţionează rezistoare de precizie, atunci şi valoare amplificării în buclă închisă

se poate controla cu precizie mare. Rezistenţa de intrare a circuitului, Rin reprezintă prin definiţie

raportul dintre tensiunea de intrare, ui şi curentul de intrare, ii. Luând din nou în considerare

faptul că tensiunea de intrare apare la bornele rezistorului R2, rezultă :

2.23

28

Page 29: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Configuraţia neinversoare

Amplificatorul neinversor reprezintă cea de-a doua configuraţie foarte importantă

realizată cu amplificator operaţional şi schema din fig.2.5.2.

Fig.2.5.2 Structura configuraţiei neinversoare, realizată

cu amplificator operaţional

În montajele practice, în serie cu intrarea neinversoare se introduce un rezistor cu rolul de

a reduce influenţa curenţilor de polarizare a intrărilor.

Semnalul se aplică direct la intrarea neinversoare. Presupunând funcţionarea liniară şi

stabilă, tensiunea de intrare diferenţială este forţată să fie egală cu zero şi deci:

2.24

Această tensiune apare chiar la bornele rezistorului R1 astfel că expresia curentului prin R1

se poate scrie:

2.25

29

Page 30: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Deoarece prin intrarea inversoare nu circulă curent, ii va circula prin rezistorul R2, având

sensul de la borna de ieşire a amplificatorului operaţional, prin R1 şi R2 sper masă. La bornele

rezistorului R2 apare căderea de tensiune :

2.26

Aplicând teorema a II-a a lui Kirchhoff pe ochiul format de tensiunile ui, uR2 şi u0 rezultă:

2.27

Astfel că amplificarea în buclă închisă se scrie :

2.28

Ca şi în cazul circuitului inversor, amplificarea în buclă închisă a configuraţiei

neinversoare este o funcţie numai de un raport de rezistenţe şi este independentă de amplificarea

în buclă închisă.

Rezistenţa de intrare a amplificatorului neinversor este infinită, ceea ce înseamnă că

această configuraţie nu absoarbe curent de la sursa de semnal.

Repetorul de tensiune reprezintă un caz particular de circuit neinversor, la care

amplificare este unitară (fig.2.5.3).

30

Page 31: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

a) Schema simplă de repetor

b)Schema de repetor care utilizează rezistoare de compensare a efectului curenţilor de polarizare

a intrărilor amplificatorului operaţional

Fig.2.5.3. Structura repetorului de tensiune, realizat cu amplificator operaţional.

Amplificarea în buclă închisă se poate determina dacă în relaţie se fac înlocuirile R 2=0 şi

, rezultând :

A=1

Amplificarea în buclă închisă este egală cu unitatea şi astfel ieşirea "repetă" tensiunea de

la intrare.

Repetoarele de tensiune se folosesc ca elemente de izolare între sursele de semnal si

sarcinile acestora, atunci când se cere menţinerea nealterată a unui anumit nivel al semnalului de

intrare.

Aşa cum se observă în fig.2.5.3 b), în serie cu intrarea neinversoare mai apare un rezistor,

care poate fi chiar rezistenţa internă a sursei de semnal. Pentru reducerea influenţei curenţilor de

polarizare a intrărilor, pe calea de reacţie se conectează un rezistor, de valoare egală cu cea a

rezistorului serie din intrarea neinversoare. Cirucitul care rezultă este tot un repetor de tensiune,

cu A=1. În cazul ideal,neexistând circulaţie de curent prin intrări nu apar căderi de tensiune pe

31

Page 32: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

rezistenţele notate cu R şi amplificarea în tensiune nu este afectată. Chiar dacă R2 nu este egal cu

zero, deoarece condiţia este îndeplinită, relaţia amplificării dă în continuare rezultatul

A=1.

2.6 Circuite de sumare

Circuitele care se prezintă sunt aplicaţii ale amplificatorului operaţional care realizează o

anumită combinaţie liniară între mai multe tensiuni de intrare.

Presupunem că dorim să combinăm mai multe tensiuni u1, u2, ..., un astfel încât la ieşirea

circuitului semnalul să fie de forma:

2.29

unde constantele Ak pot fi atât pozitive cât şi negative.

Se spune că tensiunea uo din relaţia.. reprezintă o combinaţie liniară a tensiunilor de

intrare u1, u2, ..., un.

Sumatorul inversor

Sumatorul

inversor este un circuit de

combinaţii liniare la care

toate constantele Ak din

relaţia... sunt negative. Acestei

situaţii îi corespunde

circuitul din fig.2.6. 1.

32

Page 33: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.2.6.1. Schema sumatorului inversor, realizat cu amplificator operaţional

Presupunând că amplificatorul operaţional este stabil şi că funcţionează liniar, rezultă că

intrarea inversoare este punct virtual de masă (prin intrările amplificatorului operaţional nu

circulă curenţi şi de aceea pe rezistorul Rc nu apare nici o cădere de tensiune). Astfel căderile de

tensiune de pe rezistoarele Rk sunt egale chiar cu tensiunile de intrare uk, rezultând pentru

curenţii de intrare ik relaţiile:

2.30

Aplicând prima teoremă a lui Kirchhoff în nodul corespunzător intrării inversoare se

obţine:

2.31

Tensiunea de ieşire are expresia:

33

Page 34: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

2.32

2.33

S-a obţinut o combinaţie liniară, unde toate constantele Ak sunt negative:

2.34

Circuitul este un sumator inversor dacă toate constantele Ak sunt egale între ele. În caz

contrar, circuitul reprezintă ceva mai mult decât un sumator deoarece, în funcţie de valorile

rezistenţelor de intrare, se poate realiza şi o ponderare a semnalelor.

Dacă se cere simpla adunare a semnalelor, se aleg toate rezistenţele de valori egale, adică

Rk=Rr=R . În acest caz rezistenţa de compensare a efectului curenţilor de polarizare a intrărilor

amplificatorului operaţional, va avea expresia:

2.35

iar tensiunea de ieşire va fi de forma:

2.36

În cazul sumatorului inversor, intrările sunt independente, ca rezultat al faptului că

intrarea inversoare se poate considera punct virtual de masă. Datorită acestui fapt, amplificările

individuale din relaţia... sunt independente de rezistoarele de pe celelalte intrări, astfel că se pot

anula sau adăuga intrări, după bunul plac, fără ca acest lucru să afecteze intrările rămase active în

circuit.

34

Page 35: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Sumatorul neinversor

Schema unui sumator neinversor se prezintă în figura 2.6.2.

Fig.2.6.2 Schema sumatorului neinversor, realizat cu amplificator operaţional

Dacă se notează tensiunea de la intrarea neinversoare cu ux, se pot scrie următoarele

relaţii pentru curenţii de intrare :

2.37

35

Page 36: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

2.38

2.39

Amplificatorul operţional se presupune ideal, deci curentul prin intrarea neinversoare este

nul şi aplicând prima teoremă a lui Kirchhoff în nodul corespunzător intrării neinversoare se

obţine:

2.40

După ce se înlocuiesc expresiile curenţilor de intrare, rezultă expresia tensiunii de la

intrarea neinversoare cu următoarea expresie:

2.41

Circuitul din figura 2.6.2 se comportă ca un amplificator neinversor care amplifică

tensiunea ux. La ieşire se obţine tensiunea:

2.42

Relaţia în care coeficieţii Ak sunt toţi pozitivi :

36

Page 37: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

2.43

La sumatorul neinversor, adăugarea sau înlăturarea unor intrări schimbă coeficienţii de

amplificare Ak, deoarece în acest caz intrările sunt interdependente.

2.7 Cirucite de scădere

Amplificatorul diferenţial

Amplificatorul diferenţial este un circuit liniar special, la care se aplică semnal şi pe

intrarea inversoare şi pe cea neinversoare (fig.2.7.1).

Numele de ”diferenţial” provine de la faptul că circuitul amplifică diferenţa tensiunilor

aplicate la intrări. Acest circuit este capabil sa combine semnalele u1 şi u2 pentru a da la ieşire un

semnal de forma :

2.4

37

Page 38: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig. 2.7.1 Schema circuitului difernţial, realizat cu amplificator operaţional

Circuitul se poate analiza mai uşor dacă se aplică principiul superpoziţiei.

a) Circuitul echivalent în cazul acţiunii tensiunii u1

Fig. 2.7.2 Analiza amplificatorului diferenţial utilizând metoda superpoziţie

Astfel, pentru a studia numai efectul tensiunii u1 se consideră circuitul din figura

2.7.2.a), în care sursa u2 se pasivizează (se înlocuieşte cu rezistenţa sa internă conectată la masă).

În acest caz, preuspunând sursele ideale, rezultă că borna de intrare corespunzătoare tensiunii u2

se leagă direct la masă. Semnalul u1 este mai întâi atenuat de divizorul rezistiv R1, R2, tensiunea

aplicată la intrarea neinversoare fiind:

2.45

38

Page 39: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Din punct de vedere al semnalului , circuitul se comportă ca un amplificator neinversor,

semnalu de intrare fiind chiar . Componenta lui u1, datorată tensiunii este :

2.46

conform relaţiei valabile în cazul configuraţiei neinversoare.

2.47

39

Page 40: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

b) Circuitel echivalent în cazul acţiunii tensiunii u2

Fig. 2.7.2 Analiza amplificatorului diferenţial utilizând metoda superpoziţiei

Pentru a studia numai influenţa tensiunii de intrare u2, se pasivizează sursa u1 şi rezultă

circuitul echivalent din ficura 2.7.2.b). Amplificatorul operaţional se presupune ideal, astfel că pe

cele două rezistoare R1 şi R2, conectatea în paralel, nu apare nici o cădere de tensiune. În aceste

fel se poate menţine în continuare ipoteza că intrarea inversoare este punct virtual de masă.

Circuitul care rezultă este de forma unui amplificator inversor, astfel că pentru componenta u02 a

tensiunii de ieşire, datorată tensiunii de intrare u2, se obţine relaţia:

2.48

Prin superpoziţie, cele două componente ale tensiunii de ieşire se adună:

2.49

2.50

Amplificatorul difernţial echilibrat

Cazul cel mai importnt de amplifcator diferenţial este cel de amplificator difernţial

echilibrat la care cei doi factori de amplificare au valori egale dar sunt cu semne opuse, adica:

40

Page 41: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

2.51

Pentru ca această egalitate să poată avea loc trebuie să existe o anumită releţie între

rezistenţele circuitului. Egalând între ei cei doi coeficienţi din relaţia anterioară, rezultă:

2.52

Rezultă mai departe relaţia dintre rezistenţe:

2.53

În cazul amplificatorului diferential, rezistenţele se aleg conform relaţiilor:

2.54

2.55

2.56

2.57

Circuitul în

care rezistenţele

îndeplinesc condiţiile din

relaţia de mai sus se

prezintă in figura 2.7.3.

41

Page 42: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.2.7.3 Structura unui amplificator diferenţial dezechilibrat, realizat cu amplificator operaţional

Tensiunea de ieşire se poate scrie:

2.58

K – constantă pozitivă.

Se observă că în acest caz, ambele intrări ”văd” rezistenţele de valori egale spre masă,

astfel încât se realizează automat compensarea efectului curenţilor de polarizare a intrărilor

amplificatorului operaţional, fără să fie necesară vreo intervenţie specială.

42

Page 43: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

3. MULTIMETRU NUMERIC REALIZAT CU CI C520

3.1 Schema bloc

În lucrare s-a optat pentru un multimetru cu următoarele funcţii de măsurare:

voltmetru de curent continuu

ohmetru

indicator cădere de tensiune în sens direct pe diodă

indicator de temperatură

Schema bloc a multimetrului numeric realizat cu circuit integrat C520 se prezintă în

fig.3.1.

Fig.3.1 Schema bloc a multimetrului numeric

43

Page 44: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Aparatele de măsura digitale prezintă mărimea afişată sub forma numerică (în cifre) cu

ajutorul LED-urilor (afişoare cu 7 segmente) sau cu LCD-uri (cristale lichide). Mai rar sunt

utilizate tuburile Nixie, datorită tensiunilor mari pe care le necesită. Pentru a realiza afişarea

numerică, aparatele de măsură numerice includ în componenţa lor un bloc de conversie a

semnalului analogic (liniar) în mărime numerică.

Circuitul integrat C520 care este unul dintre cele mai simple şi mai utilizate convertoare

A/D echivalent cu AD2020. Acesta este realizat în tehnologia (Integrated Injection Logic)

şi prezintă performanţe excelente. Circuitul integrat C520 măsoara semnale de intrare cuprinse

între -99mV şi +999mV cu o precizie de 0,1%.

Consumul lui este de numai 50mW şi se alimentează cu +5V (4,5...5,5V).

Gama temeperaturilor de lucru este cuprinsă între 0ºC şi 75ºC, iar cea a temperaturilor de

stocare între -55ºC şi 150ºC. Este încapsulat într-o capsulă MP117 de tip DIL(Dual In Line) cu

16 pini.

Schema bloc a convertorului A/D realizat cu CI C520D are aspectul din fig.3.2.

44

Page 45: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.3.2 Schema bloc a convertorului A/D realizat cu CI C520D

Cele doua potenţiometre (fig.3.2) au următoarele funcţii:

- reglarea valorii finale;

– reglarea puntului de zero.

Schema completă

Schema completă a convertorului A/D, conform datelor de catalog este prezentată în

fig.3.3.

Semnalul de măsură se aplica între bornele Hi şi Lo (pinii 11 şi 10).

La ieşirea CI C520 (pinii 1, 2, 15 şi 16) se obţine semnalul numeric în cod BCD , semnal

care se aplică la intrarea decodorului BCD-7 segmente (pinii 7, 1 ,2 şi 6) de tipul D147D

(echivalent cu CDB447E). Decodorul este încapsulat într-o capsulă MP117 de tip DIL cu 16

pini. Semnalele de comandă obţinute la ieşirea decodorului (pinii 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14) se

aplică prin intermediul rezistenţelor - la afişoarele cu 7 segmente, de tip VQE24

(echivalent cu TGL325), cu anod comun.

Caracteristicile tehnice ale afişorului sunt:

înălţimea cifrei 7,62 mm(0,3 inch);

intesitatea luminoasă (pentru 10mA pe segment) : minim 0,18 mcd, maxim 0,24 mcd;

căderea de tensiune pentru : minim 1,9V, maxim 3V.

45

Page 46: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Pz2Pz1

Vin

R50110k

R50622k

R50522k

R5021k

R511-5177x220

R507-510 10k

R518390

R519390

D501BZX55C4V3

+5V

R50420k 40%

C501

0.1uF

123456

8 910111213141516

7

U501

C520

C5020.22uF

R503

10k 40%

abcdefg.

V+DISP3

abcdefg.

V+DISP2

abcdefg.

V+DISP1

Q503BC307B

Q502BC307B

Q501BC307B

A3A2A1A0

testRBI

gfedcba

RBO

U502

7447

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.3.3 Schema completă a convertorului A/D

Convertorul C520D are ieşirile multiplexate şi comanadă aprinderea celor trei afişoare pe

rând (timp de o treime de perioadă fiecare) şi nu toate odată, cu o viteză foarte mare pe care

ochiul omenesc nu o percepe, deci afişoarele se vor vedea aprinse tot timpul. Acest lucru este

necesar pentru a putea utiliza doar un singur circuit decodificator în loc de trei (câte unul pentru

fiecare cifră).

Pentru calculul rezistenţelor vom considera curentul printr-un segment de 30 mA. La

curentul de 30 mA căderea de tensiune pe un segment este de aproximativ 2V.

Caderea de tensiune pe joncţiunea CE a unui tranzistor saturat este aproape nulă, deci o

neglijăm :

3.1

Cele trei afişoare sunt aprinse pe rând, în funcţie de tranzistorul care este comandat (Q1,

Q2 sau Q3).

46

Page 47: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Vo

R8

R3

R5

R2

R4

R7

R1

D5

D4

R6

+12V

12

34

56

7S

B

KBD2

-12V

+

U1LM741

+

-

VX

D1

D3

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Pinul 5 al convertorului LSD (Least Significant Digit) comandă cifra cea mai puţin

semnificativă, deci prima din dreapta, pinul 3 pe cea din mijloc, iar pinul 4 MSD (Most

Significant Digit) comandă cifra cea mai semnificativă (deci prima din stânga).

La un moment dat avem aprinse 7 segmente şi punctul zecimal, deci tranzistorul trebuie

să suporte un curent mediu de 8X10mA=80mA. Se vor utilza tranzistoare de tipul BC307B.

3.2 Interfaţa analogică pentru voltmetru

S-a optat pentru utilzarea unui amplificator operaţional în motaj inversor şi s-a propus

schema din fig.3.2.1.

47

Page 48: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Vo

R205

R210R211

R207R208

R206

R202

R201

-12V

+

U201

RX

-12V

12

345

67

S

A

KBD1

R203

+12V

C201D201

R204

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.3.2.1 Interfaţa analogică pentru un voltmetru cu

amplificator operaţional în montaj inversor

3.3 Interfaţa analogică pentru ohmetru

Intefaţa s-a realizat cu un amplificator operaţional în montaj de amplificator inversor

având schema din fig.3.3.1.

Fig.3.3.1 Interfaţa analogică pentru ohmetru cu amplificator operaţional în montaj inversor

3.4 Interfaţa analogică Ud pentru determinarea căderii de tensiune în sens

direct pe diode semiconductoare (şi diode Zener de până la 9,1 V)

S-a optat pentru un amplificator opereţional în montaj receptor, cu divizare de 10 ori a

tensiuni de ieşire adică Uo = 999 mV (1V) , iar pentru curentul de polarizare a diodei Dx s-a

impus un curent constant de 1 mA.

Schema propusă se prezintă in fig.3.4.1.

48

Page 49: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

VoR308

R307R304

R303

R301

R306

DX

D302

D301

Q301R305

+12V

-12V

+

U301

R302

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.3.4.1 Interfaţă analogică Ud cu amplificator operaţional în montaj repetor

3.5 Interfaţa analogică pentru măsurarea temperaturii

S-a optat pentru un traductor de temperatură realizat cu circuit integrat –LM335 care are

o variaţie de 10mV/ºC, putând lucra între temperaturile de -20ºC şi +120ºC.

49

Page 50: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

VoR104

R102 R103

R105

R106

R108 R111

R10R107

-12V

+12V

U101LM335

C101 R101 +U102

-12V

D102

R109

D101

C102

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.3.4.1 Interfaţă analogică pentru masurarea temperaturii cu traductor de temperatură

realizat cu circuit integrat

50

Page 51: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

4. PROIECTAREA BLOCURILOR COMPONENETE

4.1 Interfaţa analogică de voltmetru

Amplificarea este:

4.1

S-a adoptat

întrucât Umax=999 mv (1V) şi :

pentru Vx=100 mV :

4.2

pentru Vx = 1V :

4.3

pentru Vx = 10 V :

4.4

pentru Vx = 10mV:

51

Page 52: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Vo

R891k

R39k1 R5

470k

R210k

R4910

R710k

R1910k

D5DZ4V7

D4DZ4V7

R6 10k

+12V

12

34

56

7S

B

KBD2

-12V

+

U1LM741

+

-

VX

D11N4007

D31N4OO7

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

4.5

S-au adăugat valorile standard :

cu toleranţa 2%.

Conform datelor de catalog pentru UA 741, s-a introdus în schema electrică şi

pentru compensarea tensiunii de offset la ieşire.

Schema calculată, completă este prezentă în fig.4.1.

52

Page 53: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.4.1 Schema electrică pentru interfaţa analogică pentru voltmetru

4.2 Interfaţa analogică pentru ohmetru

Tensiunea la ieşirea circuitului este :

4.6

S-a optat pentru .

În consecinţă s-a adoptat stabilizatorul parametric realizat cu : .

Divizorul rezistiv :

Limitarea curentului prin dioda Zener s-a realizat cu :

4.7

deci : .

Întrucât tensiunea maximă de ieşire trebuie să fie , s-a propus

măsurarea în 6 game, respectiv 99,9Ω, 999Ω.

Deci raportul :

53

Page 54: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Vo

R205100

R210 1MR21110M

R207 10kR208100k

R206 1k

R20210k

R201620

-12V

+

U201LM741

RX

-12V

12

345

67

S

A

KBD1

R2035k 40%

+12V

C20110uF

D201DZ9V1

R204 10k

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

4.8

În consecinţă s-au adoptat valorile standard :

cu toleranţa 2% şi peliculă metalică.

Schema completă cu valorile determinate este prezentă în fig .4.2.

Fig.4.2. Schema electrică pentru interfaţa analogică pentru ohmetru

4.3 Interfaţa analogică pentru măsurarea diodelor

54

Page 55: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Interfaţa este un generator de curent constant, realizat cu elementele

şi .

S-a adoptat

Curentul constane este :

4.9

S-a optat pentru :

Deci :

4.10

S-au adoptat valorile standard pentru :

- potenţiometru semireglabil

Pentru receptor s-au adoptat valorile standard :

Divizorul 1/10 de la ieşirea receptorului s-a realizat cu :

55

Page 56: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

VoR3081k

R3079kR304

10k

R303470

R3012k7

R30610k

DX

D3021N4148

D3011N4148

Q301BC307B

R305 10k

+12V

-12V

+

U301LM741

R302250

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

S-a adaptat AO de tipul LM 741 cu potenţiometru de pentru corecţia offsetului.

Schema electrică completă este prezentă în fig.4.3.

Fig.4.3 Schema electrica pentru interfaţa analogică

pentru măsurarea diodelor

4.4 Interfaţa analogică pentru măsurarea temperaturii

Întrucât la 20ºC, tensiunea de ieşire este de 2931,5 mV, se impune o deplasare cu 2731,5

mV a tensiuni de ieşire. În consecinţă s-a optat pentru un amplificator inversor, cu amplificarea

, cu deplasarea offsetului cu 2,7315V.

Conform datelor de catalog rezistenţa serie de limitare a curentului , LM 335 s-a

adaptat valoarea standard:

56

Page 57: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Pentru deplasarea offsetului cu 2,7315 V, corespunzător 273,15ºK=0ºC s-a realizat pentru

stabolizatorul de tensiune negativă, , compensat tehnic cu pentru care s-au adaptat:

Rezultă o tensiune stabilizată:

4.11

Tensiunea negativă de deplasare a offsetului de 2,7315 V s-a obţinut prin divizorul

rezistiv adaptat:

care permite o variţie a tensiunii de aproximativ -1,8V la -5V.

Având în vedere curentul prin divizorul rezistiv şi rezistenţa

4.12

Se adaugă valoarea standard:

57

Page 58: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

VoR10410k

R10218k

R10322k

R1059k1

R106910

R1081k

R1111k

R101kR107

1k

-12V

+12V

U101LM335

C101

10nF/63V

R101

10k 40%+

U102 LM741

-12V

D102

DZ6V2

R1092k2

D1011N4148

C10210uF/16V

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Pentru a avea amplificarea -1, rezistenţa de intrare şi rezistenţa de reacţie

trebuie să fie egale.

4.13

În consecinţă s-au adăugat valorile standard care să permită eliminarea toleranţelor

componentelor în vederea obţinerii unei precizii cât mai ridicate:

La intrare a fost inversat un divizor de tensiune obţinând 1/10, realizat cu

şi care permite afişarea direct şi numai a gradelor Celsius.

Schema proiectată, cu valorile componenetelor se prezintă în fig.4.4.

58

Page 59: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

C409 C406C403

+5V-12V

+12V

C401

IN

COM

OUT

U401

D402

220Vca

S401

T401

F401

D404

D401

D403

IN

COM

OUT

U402

C404

IN

COM

OUT

U403

F403F402

C402 C405C408

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.4.4 Schema electrică pentru interfaţa analogică

pentru măsurarea temeperaturii

4.5 Circuitul de alimentare

Întrucât sunt necesare tensiuni stabilizate s-a adoptat o schemă cu

transformator având secundar cu priză mediană, redresor în punte

urmat de filtre capacitive şi stabilizatoare.

59

Page 60: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.4.5 Schema electrică pentru circuitul de alimentare

Aceste stabilizatoare de tensiune s-au montat pe radiatoare separate.

Stabilizatoarele se vor alimenta de la un redresor cu filtre capacitive care vor asigura

minim +18V/0,43A şi -18V/0,02A.

4.6 Redresorul cu filtre capacitive pentru stabilizare

Se adoptă redresorul dublă alternanţă cu priză mediană cu , urmat de filtrele

capacitive şi .

Pentru simetrie redresorul adoptat va furniza: , , cu ondulaţia:

.

Deci sunt necesare :

Se cunoaşte variţia tensiunii de reţea:

60

Page 61: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

4.14

Pentru dimensionarea punţii redresoare monofazate:

- minim necesară:

4.15

– necesar :

4.16

- necesar:

4.17

61

Page 62: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

S-a adoptat puntea redresoare cu diode tip 1N40007 cu următoarele

caracteristici:

În concluzie:

4.18

4.19

Valoarea efectivă a tensiunii din secundarul transformatorului în gol va fi:

62

Page 63: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Pentru calculul condensatorului de filtraj, se determină rezistenţa internă a redresorului

fără capacitatea de filtraj este identic pentru redresorul de tensiune pozitivă şi pentru redresorul

de tensiune negativă.

4.20

Pentru calculul condensatorului de filraj, se determină rezistenţa internă a redresorului cu

capacitatea de filtraj.

Capacitatea de filtraj:

4.22

Este necesar un condensator cu toleranţa negativă de 10℅ cu o tensiune ce depăşeşte

valoarea (unde reprezintă tensiunea maximă de ieşire a redresorului):

63

Page 64: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

4.23

Se adoptă capacitatea de filtraj:

Transformatorul adaptat conform calculelor are parametrii:

Pentru micşorarea impedanţei de ieşire la fiecare stabilizator s-a adoptat câte un

condensator de 100μF/25V şi unul de 100nF/63V:

Schema generală a multimetrului se prezintă în fig.4.6.

64

Page 65: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

D31N4OO7

D11N4007

C10210uF/16V

D1011N4148

R1092k2

D102

DZ6V2

-12V

R204 10k

D201DZ9V1 C201

10uF

+12V

R2035k 40%

12

34

56

7S

A

KBD1

-12V

RX+

U201LM741

-12V

12

34

56

7S

A

KBD4

12

34

56

7S

C

KBD3

A3A2A1A0

testRBI

gfedcba

RBO

U502

7447

Q501BC307B

Q502BC307B

Q503BC307B

abcdefg.

V+DISP1

abcdefg.

V+DISP2

abcdefg.

V+DISP3

R503

10k 40%

C5020.22uF

123456

8 910111213141516

7

U501

C520

C501

0.1uF

R50420k 40%

+5V

D501BZX55C4V3

+

-

VX

+

U1LM741

-12V

12

34

56

7S

BKBD2

+12V

R6 10k

C408100uF

C40510uF

C40210uF

F4020.2AT

F4030.2AT

IN

COM

OUT

U403

LM7805C404

4700uF/25V

IN

COM

OUT

U402

LM7812

D4034X1N4003

D401

D404

F4010,2TA

T401

S401

220Vca

D402

IN

COM

OUT

U401

LM7912C401

2200uF/25V

+12V

-12V+5V

C4031uF

C4060.1uF

C4090.1uF

+U102 LM741

R101

10k 40%C101

10nF/63V

U101LM335

+12V

-12V

R302250

+

U301LM741

-12V

+12V

R305 10kQ301

BC307B

D3011N4148D3021N4148

DX

D4DZ4V7

D5DZ4V7

R1910k

R710k

R1071k

R1101k

R1111k

R1081k R106

910

R1059k1

R201620

R20210k

R206 1k

R208100kR207 10k

R21110MR210 1M

R205100

R519390

R518390

R507-510 10kR511-5177x220

R5021k

R50522k

R50622k

R50110k

R4910

R610k

R5470k

R39k1

R291k

R10322kR102

18k

R10410k

R30610k

R3012k7

R303470

R30410k

R3079k

R3081k

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.4.6 Schema generală a multimetrului digital

5. PROIECTAREA SISTEMULUI DIGITAL

Pentru a realiza afișarea tensiunii provenite de la multimetrul analogic se folosește un

microcontroller cu scopul de a înlocui convertorul analog-digital C520 care accepta la intrare o

tensiune între 0mV și 999mV.

Microcontrollerul diferă de un microprocesor în multe feluri. În primul rând şi cel mai

important este funcţionalitatea sa. Pentru a fi folosit, unui microprocesor trebuie să i se adauge

65

Page 66: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

alte componente ca memorie, sau componente pentru primirea şi trimiterea de date. Pe scurt,

aceasta înseamnă că microprocesorul este inima calculatorului. Pe de altă parte,

microcontrollerul este proiectat să fie toate acestea într-unul singur. Nu sunt necesare alte

componente externe pentru aplicarea sa pentru că toate perifericele necesare sunt deja incluse în

el. Astfel, economisim timpul şi spaţiul necesare pentru construirea de aparate.

Pentru proiectarea sistemului digital s-a ales microcontrollerul PIC16F877A, cu o

arhitectură RISC pe 8 biți care asigură o viteză de procesare de 2,5MIPs, care este necesară

pentru dezvoltarea ulterioră a sistemului, şi are o memorie flash de 8kBytes care este folosită in

starea curentă de dezvoltare a sistemului la o capacitate de 15%, iar memoria RAM este incărcată

în timpul funționării între 8% și 12% .

Scrierea memoriei microcontrollerului s-a făcut în mod serial prin intermediul

programatorului ICD2 pus la dispoziție de Microchip. Programarea microcontrolerului s-a

realizat pe un modul de programare oferit de asemena de firma Microchip.

Fig. 1.1. Sistemul pentru programarea microcontrollerului

cu ajutorul PC-ului

Microcontrollerul este alimentat la o tensiune de 5V prin intermediul unui stabilizator de

tensiune.

Oscilatorul extern foloseşte un cuarț de 10Mhz pentru a genera frecvența de ceas. Un

ciclu de instrucțiune se execută în 4 perioade de ceas, ceea ce înseamnă că microcontrollerul

PIC16F877A are o viteză de procesare de 2,5MIPs.

Prin intermediul rezistenței R301 se realizează tragerea la +5V a semnalului de reset

(MCLR pin1). Condensatorul C301 are rolul de a elimina riplul și zgomotul pe semnalul de

reset.

66

Page 67: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

U 3 0 1 P I C 1 6 F 8 7 7 A

M C L R / V P P1

R A 0 / A N 02

R A 1 / A N 13

R A 2 / A N 2 / V R E F -4

R A 3 / A N 3 / V R E F +5

R A 5 / S S / A N 47

G N D1 2

O S C 1 / C L K I N1 3

O S C 2 / C L K O U T1 4

R D 1 / P S P 12 0

R E 0 / R D / A N 58

R E 2 / C S / A N 71 0

R E 1 / W R / A N 69

R A 4 / T0 C K I6

V D D1 1

R C 0 / T1 O S O / T1 C K I1 5

R C 1 / T1 O S I / C C P 21 6

R C 2 / C C P 11 7

R C 3 / S C K / S C L1 8

R D 0 / P S P 01 9

R B 7 / P G D4 0

R B 6 / P G C3 9

R B 53 8

R B 43 7

R B 3 / P G M3 6

R B 23 5

R B 13 4

R B 0 / I N T3 3

V D D3 2

R D 7 / P S P 73 0

R D 6 / P S P 62 9

G N D3 1

R C 7 / R X/ D T2 6

R C 6 / TX/ C K2 5

R C 5 / S D O2 4

R C 4 / S D I / S D A2 3

R D 3 / P S P 32 2

R D 2 / P S P 22 1

R D 5 / P S P 52 8

R D 4 / P S P 42 7

0

5 V

C 3 0 31 0 0 n F

0

5 V

C 3 0 41 0 0 n F

5 V R 3 0 1

1 k 5C 3 0 1

1 0 0 n F

0

Y 3 0 1 C R Y S TA L1 0 M H z

12

C 3 0 31 8 p F

C 3 0 41 8 p F

0

+C 3 0 2

1 0 0 u F / 3 5 V

0

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Capacitățile C303 și C304 asigură energia necesară pentru regimul de funcționare în

comutație al microcontrollerului.

Fig. 1.2. Schema electrică de conectare a microcontrollerului

67

Page 68: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

5.1 Proiectarea intrării analogice în sistemul digital

Deoarece convertorul analog-digital C520 care acceptă la intrare o tensiune între 0mV și

999mV, iar microcontrollerul PIC16F877A este alimentat la o tensiune de 5V, iar valoarea

maximă a tensiunii de intrare în convertorul anaog digital al microcontrollerului este egală cu

tensiunea de alimentare, s-a folosit ca interfaţă amplificatorul operaţional rail-to rail LM6142

alimentat la aceeaşi tensiune ca şi microcontrollerul PIC16F877A, cu scopul de a utiliza la

maxim rezoluția convertorului A/D integrat în controller.

Întrucât tensiunea de intrare în amplificator este de maxim 1V iar tensiunea de ieșire

trebuie să fie de maxim 5V, rezultă că amplificarea circuitului trebuie să fie Amax=5.

Amplificarea circuitului neinversor al amplificatorului operațional U301B este:

Se adoptă: R316 = 5,6k și R315 = 22k

Rezultă:

68

Page 69: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

U 8 P I C 1 6 F 8 7 7 A

M C L R / V P P1

R A 0 / A N 02

R A 1 / A N 13

R A 2 / A N 2 / V R E F -4

R A 3 / A N 3 / V R E F +5

R A 5 / S S / A N 47

G N D1 2

O S C 1 / C L K I N1 3

O S C 2 / C L K O U T1 4

R D 1 / P S P 12 0

R E 0 / R D / A N 58

R E 2 / C S / A N 71 0

R E 1 / W R / A N 69

R A 4 / T0 C K I6

V D D1 1

R C 0 / T1 O S O / T1 C K I1 5

R C 1 / T1 O S I / C C P 21 6

R C 2 / C C P 11 7

R C 3 / S C K / S C L1 8

R D 0 / P S P 01 9

R B 7 / P G D4 0

R B 6 / P G C3 9

R B 53 8

R B 43 7

R B 3 / P G M3 6

R B 23 5

R B 13 4

R B 0 / I N T3 3

V D D3 2

R D 7 / P S P 73 0

R D 6 / P S P 62 9

G N D3 1

R C 7 / R X/ D T2 6

R C 6 / TX/ C K2 5

R C 5 / S D O2 4

R C 4 / S D I / S D A2 3

R D 3 / P S P 32 2

R D 2 / P S P 22 1

R D 5 / P S P 52 8

R D 4 / P S P 42 7

0

5 V

C 3 0 31 0 0 n F

0

5 V

C 3 0 41 0 0 n F

5 VR 3 0 1

1 k 5C 3 0 1

1 0 0 n F

0

Y 3 0 1 C R Y S TA L1 0 M H z

12

C 3 0 31 8 p F

C 3 0 41 8 p F

0

+C 3 0 2

1 0 0 u F / 3 5 V

0R 3 0 2 4 k 7

V _ m u lt im e t ru

U 3 0 1 B

L M 6 1 4 2 A / N S

+5

-6

V +4

V -1 1

O U T7

0

5 V

0

C 3 0 51 0 0 n F

R 3 1 41 k 5

R 3 1 52 2 k

R 3 1 65 k 6

0

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

69

Page 70: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig. 1.3. Schema electrică pentru conectarea semnalelor analogice la convertorul A/D al

microcontrollerului

70

Page 71: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

5.2 Proiectarea interfeței afișajului cu 7 segmente

Pentru interfaţa utilizator s-a adoptat un afișaj LED cu 7 segmente.

Pentru selecția cifrelor acestui afișaj se foloses 3 semnale de la controller care comandă

bazele tranzistorilor Q401, Q402, Q403. Rezistențele R311, R312, R313 au rolul de a limita

curentul de bază al tranzistoarelor menționate anterior, care au rolul de comutator electronic

pentru afișajul cu 7 segmente, deoarece acesta are o configurație catod comun.

Rezistențele R303-R308 și R404-R409 au rolul de a limita curentul prin ledurile

afișajului.

Întrucât microcontrollerul și afișajul sunt montate pe cablaje diferite, rezistențele R303-

R308 au fost montate pe același cablaj cu controllerul, iar rezistențele R404-R409 au fost

amplasate pe cablajul afișajului. Această divizare a rezistenței de limitare a curentului prin afișaj

a fost realizată tocmai din motivul că mecanic nu a fost posibilă amplasarea controllerului pe

același cablaj cu afișajul, iar pentru a evita posibilele defecte(de exemplu: scurtcircuit pe cablul

dintre cablaje) .

0 0 0

U 8 P I C 1 6 F 8 7 7 A

M C L R / V P P1

R A 0 / A N 02

R A 1 / A N 13

R A 2 / A N 2 / V R E F -4

R A 3 / A N 3 / V R E F +5

R A 5 / S S / A N 47

G N D1 2

O S C 1 / C L K I N1 3

O S C 2 / C L K O U T1 4

R D 1 / P S P 12 0

R E 0 / R D / A N 58

R E 2 / C S / A N 71 0

R E 1 / W R / A N 69

R A 4 / T0 C K I6

V D D1 1

R C 0 / T1 O S O / T1 C K I1 5

R C 1 / T1 O S I / C C P 21 6

R C 2 / C C P 11 7

R C 3 / S C K / S C L1 8

R D 0 / P S P 01 9

R B 7 / P G D4 0

R B 6 / P G C3 9

R B 53 8

R B 43 7

R B 3 / P G M3 6

R B 23 5

R B 13 4

R B 0 / I N T3 3

V D D3 2

R D 7 / P S P 73 0

R D 6 / P S P 62 9

G N D3 1

R C 7 / R X/ D T2 6

R C 6 / TX/ C K2 5

R C 5 / S D O2 4

R C 4 / S D I / S D A2 3

R D 3 / P S P 32 2

R D 2 / P S P 22 1

R D 5 / P S P 52 8

R D 4 / P S P 42 7

0

5 V

C 3 0 31 0 0 n F

0

5 V

C 3 0 41 0 0 n F

5 VR 3 0 1

1 k 5C 3 0 1

1 0 0 n F

0

Y 3 0 1 C R Y S TA L1 0 M H z

12

C 3 0 31 8 p F

C 3 0 41 8 p F

0Q 4 0 1B C 1 7 1 B

Q 4 0 2B C 1 7 1 B

Q 4 0 3B C 1 7 1 B

D401DISPLAY 7 SEGMENTS

+C 3 0 2

1 0 0 u F / 3 5 V

0

R 3 0 3 1 0 0 R 4 0 4 1 8 0

R 3 0 4 1 0 0 R 4 0 5 1 8 0

R 3 0 5 1 0 0 R 4 0 6 1 8 0

R 3 0 6 1 0 0 R 4 0 7 1 8 0

R 3 0 7 1 0 0 R 4 0 8 1 8 0

R 3 0 8 1 0 0 R 4 0 9 1 8 0

R 3 0 9 1 0 0 R 4 1 0 1 8 0

R 3 1 0 1 0 0 R 4 1 1 1 8 0

R 3 1 1 2 K 2

R 3 1 2 2 K 2

R 3 1 3 2 K 2

Fig. 5.2.1 Schema electrică a interfeţei cu afișajul cu 7 segmente

71

Page 72: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

72

Page 73: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig

. 5.2

.2. S

chem

a el

ectr

ică

a ci

rcui

tulu

i de

cont

rol a

sis

tem

ului

dig

ital

73

Page 74: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

5.3 Generarea firmware-ului

Firmware-ul pentru microcontrollerul PIC16F877A a fost realizat şi testat în mediul de

dezvoltare PIC C Compiler.

5.3.1 Funcţia Main

Realizează iniţializarea elementelor interne microcontrollerului.

Pe portul AN0, pinul 2 al microcontrollerului, a fost initializat convertorul A/D.

setup_adc_ports(AN0);

setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_64);

După iniţializarea elementelor interne ale microcontrollerului se intră într-o buclă infinită

care:

- citește valoarea analogică de la portul AN0;

- realizează conversia acestei valori din cuante ale convertorului A/D în mV (0-

999mV);

- se convertește numărul astfel obținut în 3 cifre(sute, zeci și unități);

- se realizează afișarea acestor cifre pe afișajul cu 7 segmente.

5.3.2 Citirea valorii analogice

Valoarea citită de convertorul A/D pe 10 biţi este înmulţită cu valoarea cuantei

corespunzătoare tensiunii de alimentare de 5V.

Variabila valoare_tensiune va măsura sub forma de număr long integer(număr întreg pe

16 biți, între 0 și 65535), deoarece o variabilă de forma integer este reprezentată pe 8 biți(0-255),

această variablilă va lua valori între 0 și 999, iar ea reprezintă valoarea tensiunii la intrarea în

sistemul digital în mV.

valoare_tensiune = read_adc()*4.8828125/4.928; // mV la intrarea in

microcontroller / impartit la amplificare 4.928

74

Page 75: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

var_delay_afisare = 0;

if(valoare_tensiune>999)

valoare_tensiune = 999;

5.3.3 Convertirea valorii tensiunii citite în cifre

Pentru a putea afișa pe afișajul cu 7 segmente numărul obținut astfel în variabila

valoare_tensiune, este necesară conversia acestuia în cifre.

Cu ajutorul funcției ldiv se poate realiza împărțirea unui număr long integer, iar rezultatul

obținut să fie de formă cît și rest. Astfel se realizează împărțirea numărului valoare_tensiune la

100 pentru a afla cifra sutelor, iar apoi restul obținut se împarte la 10 pentru a afla cifra zecilor în

cât și cifra unităților care se va afla în restul obținut.

ldiv_t valoare1;

valoare1 = ldiv(valoare_tensiune ,100);

cifra_sute = valoare1.quot; //calculare cifra sute

cifra_zeci = valoare1.rem;

valoare1 = ldiv(cifra_zeci ,10);

cifra_zeci = valoare1.quot; //calculare cifra zeci

cifra_unitati = valoare1.rem; //calculare cifra unitati

5.3.4 Afișarea valorii tensiuni pe afișajul cu 7 segmente

Pentru afișarea valorii sutelor, zecilor și unităților pe afișajul cu 7 segmente, se deschide

tranzitorul corepunzător(Q401, Q402, Q403) cifrei pe care dorim să o afișăm prin setarea în 1

logic a ieșirii corespunzătoare de la microcontroller. Se testează valoarea cifrei pe care dorim să

o afişăm şi se apelează funcţia corespunzătoare cifrei. După menţinerea activă a cifrei respective

75

Page 76: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

timp de 1 milisecundă se dezactivează cifra şi se trece la următoarea, iar după ce a fost afişată şi

cifra unităţilor ciclul prezentat se va relua.

output_bit( PIN_C7, 1); // activare cifra sute

if(cifra_sute==0)

afisare_0();

if(cifra_sute==1)

afisare_1();

if(cifra_sute==2)

afisare_2();

if(cifra_sute==3)

afisare_3();

if(cifra_sute==4)

afisare_4();

if(cifra_sute==5)

afisare_5();

if(cifra_sute==6)

afisare_6();

if(cifra_sute==7)

afisare_7();

if(cifra_sute==8)

afisare_8();

if(cifra_sute==9)

afisare_9();

delay_ms(1);

output_bit( PIN_C7, 0); // dezactivare cifra sute

output_bit( PIN_D4, 1); // activare cifra zeci

if(cifra_zeci==0)

afisare_0();

76

Page 77: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

if(cifra_zeci==1)

afisare_1();

if(cifra_zeci==2)

afisare_2();

if(cifra_zeci==3)

afisare_3();

if(cifra_zeci==4)

afisare_4();

if(cifra_zeci==5)

afisare_5();

if(cifra_zeci==6)

afisare_6();

if(cifra_zeci==7)

afisare_7();

if(cifra_zeci==8)

afisare_8();

if(cifra_zeci==9)

afisare_9();

delay_ms(1);

output_bit( PIN_D4, 0); // dezactivare cifra zeci

output_bit( PIN_D5, 1); // activare cifra unitati

if(cifra_unitati==0)

afisare_0();

if(cifra_unitati==1)

afisare_1();

if(cifra_unitati==2)

afisare_2();

if(cifra_unitati==3)

afisare_3();

77

Page 78: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

if(cifra_unitati==4)

afisare_4();

if(cifra_unitati==5)

afisare_5();

if(cifra_unitati==6)

afisare_6();

if(cifra_unitati==7)

afisare_7();

if(cifra_unitati==8)

afisare_8();

if(cifra_unitati==9)

afisare_9();

delay_ms(1);

output_bit( PIN_D5, 0); // dezactivare cifra unitati

5.3.5 Funcţiile de afişare a cifrelor

Pentru a afişa pe afişajul cu 7 segmente cifrele între 0 şi 9 am implementat 10 funcţii prin

care se stabilesc segmentele care se activează pentru fiecare cifră care trebuie afişată. Mai jos s-a

exemplificat codul pentru funcţia de afişare a cifrei 1.

void afisare_1(void)

{

output_bit( PIN_D7, 1); // activare segment

output_bit( PIN_D6, 0); // activare segment

output_bit( PIN_B4, 0); // activare segment

output_bit( PIN_B3, 0); // activare segment

output_bit( PIN_B2, 0); // activare segment

output_bit( PIN_B1, 0); // activare segment

78

Page 79: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

output_bit( PIN_B0, 1); // activare segment

output_bit( PIN_B5, 0); // activare punct

}

6. ANEXE

79

Page 80: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.6.1 Placa de bază(vedere de sus)

Fig.6.2 Afişajul(vedere de sus)

80

Page 81: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.6.3

81

Page 82: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.6.4

Fig.6.5

82

Page 83: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.6.6

Fig.6.7 Afişaj, circuit imprimat

(vedere dinspre partea plantată)

83

Page 84: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.6.8 Circuitul imprimat al plăcii de bază, amplasarea componentelor şi stropuri

(vedere dinspre partea plantată)

84

Page 85: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.6.9

85

Page 86: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig.6.10 Circuitul impimat al plăcii de bază cu stropuri

(vedere dinspre partea plantată)

86

Page 87: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

87

Page 88: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig. 6.11 Circuitul imprimat al plăcii de bază

(vedere dinspre partea plantată)

88

Page 89: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Fig. 6.12

89

Page 90: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

Bill of Materials for:

C:\UTIL\CIRTRAX\CIRMAKER\CIRCUITS\MULTIMETRU DIGITAL-C520-1.BOM

Item Count Label-Value Attributes Designation

1 1 10nF/63V RAD0.2 C101

2 1 10uF/16V (none) C102

3 3 10uF (none) C201,C402,C405

4 1 2200uF/25V (none) C401

5 1 1uF RAD0.2 C403

6 1 4700uF/25V (none) C404

7 3 0.1uF RAD0.2 C406,C409,C501

8 1 100uF (none) C408

9 1 0.22uF RAD0.2 C502

10 1 1N4148 DOIODE0.4 D101

11 1 DZ6V2 (none) D102

12 1 DZ9V1 (none) D201

13 2 1N4148 DIODE0.4 D301,D302

14 3 1N4003 DOIODE0.4 D401,D402,D404

15 1 4X1N4003 DOIODE0.4 D403

16 1 BZX55C4V3 DIODE0.4 D501

17 3 REDCA (none) DISP1,DISP2,DISP3

18 1 0,2TA FUSE F401

19 2 0.2AT FUSE F402,F403

20 4 Comutator SIP8 KBD1,KBD2,KBD3,KBD4

21 4 BC307B TO-92B Q301,Q501,Q502,Q503

22 4 10k AXIAL0.4 R507-510

23 8 10k AXIAL0.4 R1,R3,R104,R202,R207,

R304,R306,R501,

24 6 220 AXIAL0.4 R2,R7,R12,R13,R14,R15

25 2 100 AXIAL0.4 R2,R205

90

Page 91: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

26 7 7x220 AXIAL0.4 R511-517

27 2 100k AXIAL0.4 R4,R208

28 9 1k AXIAL0.4 R5,R10,R11,R107,R108,

R111,R206,R308,R502,

29 3 10k (none) R6,R204,R305

30 3 11k AXIAL0.4 R17,R18,R19

31 2 10k var SIP3 R101,R503

32 1 18k AXIAL0.4 R102

33 3 22k AXIAL0.4 R103,R505,R506

34 1 9k1 AXIAL0.4 R105

35 1 910 AXIAL0.4 R106

36 1 2k2 (none) R109

37 1 620 AXIAL0.4 R201

38 1 5k var SIP3 R203

39 1 1M AXIAL0.4 R210

40 1 10M AXIAL0.4 R211

41 1 2k7 AXIAL0.4 R301

42 1 250 (none) R302

43 1 470 AXIAL0.4 R303

44 1 9k1 AXIAL0.4 R307

45 1 20k var SIP3 R504

46 2 390 AXIAL0.4 R518,R519

47 1 Comutator SIP2 S401

48 1 Transformator (none) T401

49 4 LM741 DIP8 U1,U102,U201,U301

50 1 LM335 DIP8 U101

51 1 LM7912 TO-220 U401

52 1 LM7812 TO-220 U402

53 1 LM7805 TO-220 U403

54 1 C520 DIP16 U501

91

Page 92: PROIECT Alex MultimetruFINAL !!!!!!!!!!

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov PROIECT DE LICENŢĂ Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor 2009

Specializarea ELECTROTEHNICĂ GENERALĂ

55 1 7447 DIP16 U502

7. BIBLIOGRAFIE

1. Paul Manolescu : Măsurări electrcice, Editura tehnică;

2. Conf. Dr. Ing. Gheorghe Pană : Curs de C.I.A. (Circuite Integrate Analogice);

3. Ciugudean, M., Proiectarea unor circuite electronice, Editura Facla, Timişoara, 1983.

4. Nicolau, E., Agoston, A. ş.a., Manualul inginerului electronist. Măsurări electronice,

Editura Tehnică, Bucureşti, 1979.

5. Pană, Gh., Electronică analogică implementată cu amplificatoare operaţionale, Editura

Universităţii Transilvania din Braşov, 2005.

92